JPH0394065A - 酸化物薄膜製造方法及び酸化物薄膜製造装置 - Google Patents
酸化物薄膜製造方法及び酸化物薄膜製造装置Info
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- JPH0394065A JPH0394065A JP1232530A JP23253089A JPH0394065A JP H0394065 A JPH0394065 A JP H0394065A JP 1232530 A JP1232530 A JP 1232530A JP 23253089 A JP23253089 A JP 23253089A JP H0394065 A JPH0394065 A JP H0394065A
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- Japan
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- light
- thin film
- oxide thin
- film manufacturing
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は光ＣＶＤを用いた酸化物薄膜の製造方法に関す
るものである。
るものである。
従来の技術
１９８０年頃から、光化学反応を使って薄膜を堆積させ
る光Ｃ Ｖ Ｄ ４１ 膜形或プロセスの低温化の要
求と相まって研究が活発に行なわれている。
る光Ｃ Ｖ Ｄ ４１ 膜形或プロセスの低温化の要
求と相まって研究が活発に行なわれている。
特に 半導体分野などで各種酸化膜を低温で形或させる
必要が生じており、光ＣＶＤが注目されている。光ＣＶ
Ｄにより酸化物薄膜を製造する暇例えば有機金属と０２
といったように複数の原料ガスを使用し 酸化される側
の元素を含む原料（この例で（よ 有機金属）の吸収波
長帯と酸素元素を含む原料（この例で（よ ０２）の吸
収波長帯とがクロスオーバーする領域に波長を有する光
源を用いて各々の原料を分焦 反応させ、所望の酸化物
を堆積させる。
必要が生じており、光ＣＶＤが注目されている。光ＣＶ
Ｄにより酸化物薄膜を製造する暇例えば有機金属と０２
といったように複数の原料ガスを使用し 酸化される側
の元素を含む原料（この例で（よ 有機金属）の吸収波
長帯と酸素元素を含む原料（この例で（よ ０２）の吸
収波長帯とがクロスオーバーする領域に波長を有する光
源を用いて各々の原料を分焦 反応させ、所望の酸化物
を堆積させる。
発明が解決しようとする課題
しかし 酸素元素を含む原料を単に分解することによっ
て生或させた原子状酸素○（”Ｐ）ｉ；ｔ，酸化される
側の元素を含む原料を分解することによって生戊させた
元素との反応性に乏しく膜形戊速度が極端に遅いという
課題があった 本発明（よ 多種多様の良質な酸化物薄膜を、従来挾術
に比べより低温の条イ／１で商辿で再現性がよい製造方
法と製造装置とを提供することを目的とする。
て生或させた原子状酸素○（”Ｐ）ｉ；ｔ，酸化される
側の元素を含む原料を分解することによって生戊させた
元素との反応性に乏しく膜形戊速度が極端に遅いという
課題があった 本発明（よ 多種多様の良質な酸化物薄膜を、従来挾術
に比べより低温の条イ／１で商辿で再現性がよい製造方
法と製造装置とを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明では前記課題を解決するために 基体表面に酸素
元素を含む原料Ａ及び酸化物を構成する元素を含む原料
Ｂを供給しつつ、前記原料Ａ及び前記原料Ｂを分解する
ために必要なエネルギを有する１種類以上の光と、 ２
９７．２〜６３６．４ｎｍ間に波長を有する光とを前記
基体表面または前記基体表面上部の前記原料Ａ， Ｂ
もしくは前記原料の分解生戒物に照射して酸化物薄膜を
製造する。
元素を含む原料Ａ及び酸化物を構成する元素を含む原料
Ｂを供給しつつ、前記原料Ａ及び前記原料Ｂを分解する
ために必要なエネルギを有する１種類以上の光と、 ２
９７．２〜６３６．４ｎｍ間に波長を有する光とを前記
基体表面または前記基体表面上部の前記原料Ａ， Ｂ
もしくは前記原料の分解生戒物に照射して酸化物薄膜を
製造する。
また 本発明では前記酸化物薄膜製造方法を実現するた
めに 真空権及び少なくとも前記真空槽を排気する排気
機構を有し さらに酸素元素を含む原料Ａ及び酸化物を
構成する元素を含む原料Ｂを前記真空槽内に導入する原
料導入機楓 前記原料Ａ， Ｂを分解させるための１
種類以上の光源ａ、２９７．２〜６３６．４ｎｍ間に波
長を有する光源ｂ、前記光源ａ， ｂから発せられた
光を前記真空槽に導入する光導入機構、 膜を堆積させ
る基体の基体加熱機構を有する酸化物薄膜製造装置を提
供する。
めに 真空権及び少なくとも前記真空槽を排気する排気
機構を有し さらに酸素元素を含む原料Ａ及び酸化物を
構成する元素を含む原料Ｂを前記真空槽内に導入する原
料導入機楓 前記原料Ａ， Ｂを分解させるための１
種類以上の光源ａ、２９７．２〜６３６．４ｎｍ間に波
長を有する光源ｂ、前記光源ａ， ｂから発せられた
光を前記真空槽に導入する光導入機構、 膜を堆積させ
る基体の基体加熱機構を有する酸化物薄膜製造装置を提
供する。
作用
酸素元素を含む原料を分解させて生或した原子状酸素に
は 基底状態０ （”Ｐ ）、基底状態より１．９６ｅ
Ｖ高いエネルギ準位の第１励起状態０（’Ｄ２）、Ｏ
（’Ｄａ）のさらに２．２２ｅＶ高い準位に２ｇ２励起
状１１ｊｆｉｏ（’Ｓｓ）が存在する。これらの原子状
酸素の他の粒子との反応速度の順位Ｃヨ○（’Ｄ２）
＞ｏ （’Ｓ＋＋） ＞ｏ （’Ｐ ）であり、Ｏ （
３Ｐ ）の反応速度を１とすると、およそＯ （’Ｄａ
）は１０６、○（’ Ｓ ＠）は１０”である。よって
、効率的に酸化物を製造するためには多量にＯ （’Ｄ
２）を生或させればよいことになる。
は 基底状態０ （”Ｐ ）、基底状態より１．９６ｅ
Ｖ高いエネルギ準位の第１励起状態０（’Ｄ２）、Ｏ
（’Ｄａ）のさらに２．２２ｅＶ高い準位に２ｇ２励起
状１１ｊｆｉｏ（’Ｓｓ）が存在する。これらの原子状
酸素の他の粒子との反応速度の順位Ｃヨ○（’Ｄ２）
＞ｏ （’Ｓ＋＋） ＞ｏ （’Ｐ ）であり、Ｏ （
３Ｐ ）の反応速度を１とすると、およそＯ （’Ｄａ
）は１０６、○（’ Ｓ ＠）は１０”である。よって
、効率的に酸化物を製造するためには多量にＯ （’Ｄ
２）を生或させればよいことになる。
？ころ玄 一般に酸素元素を含む原料を光照射により分
解させて直接０ （’Ｄａ）を生或ずるには非常に短波
長の光源が必要で（０２の場合、 １３３〜１７５ｎｍ
）、酸化される側の元素を含む原料の吸収波長がこの波
長に一致しない等の問題が生じる場合がある。また こ
の光は明らかに空気中で吸収されるた取 光の経路を真
空にしなければならず 装置的に困難が生じる場合が多
（１以上の理由から、本発明では原料を分解するための
光■源とは別に 分解によって生戒した○（”Ｐ）を○
（’ Ｄ２）に励起するための光源を用いる。
解させて直接０ （’Ｄａ）を生或ずるには非常に短波
長の光源が必要で（０２の場合、 １３３〜１７５ｎｍ
）、酸化される側の元素を含む原料の吸収波長がこの波
長に一致しない等の問題が生じる場合がある。また こ
の光は明らかに空気中で吸収されるた取 光の経路を真
空にしなければならず 装置的に困難が生じる場合が多
（１以上の理由から、本発明では原料を分解するための
光■源とは別に 分解によって生戒した○（”Ｐ）を○
（’ Ｄ２）に励起するための光源を用いる。
第２図に示したように Ｏ （”Ｐ ）を○（’Ｄ２
）に励起するためには２９７．２〜６３６．４ｎｍの波
長を有する光を照射すればよ１，４２９７．２ｎｍ以下
の波長の光源を用いるとＯ （”Ｐ ）は０（’ Ｓ
ｓ）に励起され 逆に反応速度をか低下してしまう。こ
のように 本発明者らは２９７．２〜６３６．４ｎｍの
波長を有する光を酸素元素を含む原料を光分解により生
或させたＯ （２Ｆ ）に照射して○（’Ｄ２）を生
戒させるという２段階の方法が酸素元素を含む原料に短
波長の光を照射して直接○（’Ｄ２）を生戒させる方法
より簡単かつ効率的な方法であることを見いだした 実施例 以下に具体的実施例を示し 本発明をより詳細に説明す
る。
）に励起するためには２９７．２〜６３６．４ｎｍの波
長を有する光を照射すればよ１，４２９７．２ｎｍ以下
の波長の光源を用いるとＯ （”Ｐ ）は０（’ Ｓ
ｓ）に励起され 逆に反応速度をか低下してしまう。こ
のように 本発明者らは２９７．２〜６３６．４ｎｍの
波長を有する光を酸素元素を含む原料を光分解により生
或させたＯ （２Ｆ ）に照射して○（’Ｄ２）を生
戒させるという２段階の方法が酸素元素を含む原料に短
波長の光を照射して直接○（’Ｄ２）を生戒させる方法
より簡単かつ効率的な方法であることを見いだした 実施例 以下に具体的実施例を示し 本発明をより詳細に説明す
る。
具体的実施例
第１図に本発明の酸化物薄膜製造装置の一実施例を示し
この装置を用いた本発明の酸化物薄膜製造方法の一実
施例を説明する。
この装置を用いた本発明の酸化物薄膜製造方法の一実
施例を説明する。
第１図において、 １０は真空４ｔ １１は真空ポンプ
、 １２は基坂 １３は基板ホルダ、 ｌ４はヒー久
ｌ５は光導入ｉｔ６ａ，ｂは原料導入口１７はＡｒＦエ
キシマレーザ、 １８はＡｒレーザ、１９は０２、２０
はＴｉＣｌ４である。真空槽ｌＯを真空ボンプ１１によ
り１０−’Ｔｏｒｒ程度に排気し 基板ホルダｌ３上に
設置した基板（ＭｇＯ（１００））１２をヒータｌ４に
より３５０ｔに加熱し１， その後、反応槽ｌＯ内に
ガス導入口１６ａよりＴｉＣＩａ ２０をガス導入口
１６ｂより０２ １９を導入し 反応槽ｌ内のガス圧を
６×１０−’Ｔｏｒｒにした（真空槽１０内の分圧比は
ＴｉＣｌ４：０２＝１：２）。真空槽１０内のＴＩＣ１
４分子と０２分子は基板１２表面上への吸着、脱離を繰
り返す。次いで、光導入窓ｌ５からＡｒＦエキシマレー
ザ１７光及びＡｒレーザ１８光を真空槽１０内に導入し
基板１２表面に照射した（Ａ ｒ Ｆエキシマレーザ
１７先の繰り返し周波数６ ０ Ｈ ｚ， 強度４０
Ｗ／ｃｍ２ Ａｒレーザ１８光（連続光）の強度８０Ｗ
／ｃｍ２、照射時間ともにｌｈｏｕｒ）。ＴｉＣＩｎの
吸収波長帯は４００ｎｍ以下であるたぬ 基板１２表面
に吸着したＴｉＣ１４分子へのＡｒＦエキシマレーザｌ
７光（波長１９３ｎｍ）の照射により以下に示すように
分解されて、金属Ｔ１が生或される。
、 １２は基坂 １３は基板ホルダ、 ｌ４はヒー久
ｌ５は光導入ｉｔ６ａ，ｂは原料導入口１７はＡｒＦエ
キシマレーザ、 １８はＡｒレーザ、１９は０２、２０
はＴｉＣｌ４である。真空槽ｌＯを真空ボンプ１１によ
り１０−’Ｔｏｒｒ程度に排気し 基板ホルダｌ３上に
設置した基板（ＭｇＯ（１００））１２をヒータｌ４に
より３５０ｔに加熱し１， その後、反応槽ｌＯ内に
ガス導入口１６ａよりＴｉＣＩａ ２０をガス導入口
１６ｂより０２ １９を導入し 反応槽ｌ内のガス圧を
６×１０−’Ｔｏｒｒにした（真空槽１０内の分圧比は
ＴｉＣｌ４：０２＝１：２）。真空槽１０内のＴＩＣ１
４分子と０２分子は基板１２表面上への吸着、脱離を繰
り返す。次いで、光導入窓ｌ５からＡｒＦエキシマレー
ザ１７光及びＡｒレーザ１８光を真空槽１０内に導入し
基板１２表面に照射した（Ａ ｒ Ｆエキシマレーザ
１７先の繰り返し周波数６ ０ Ｈ ｚ， 強度４０
Ｗ／ｃｍ２ Ａｒレーザ１８光（連続光）の強度８０Ｗ
／ｃｍ２、照射時間ともにｌｈｏｕｒ）。ＴｉＣＩｎの
吸収波長帯は４００ｎｍ以下であるたぬ 基板１２表面
に吸着したＴｉＣ１４分子へのＡｒＦエキシマレーザｌ
７光（波長１９３ｎｍ）の照射により以下に示すように
分解されて、金属Ｔ１が生或される。
ｈ ν１＠３ｎｌ１
↓
Ｔ’ ｉ Ｃ Ｉ ａ →Ｔ ｉ＋２ｃ
Ｉａまた ０２の吸収波長帯は２ ４ ０ ｎｍ以下で
あるために ０２もＡｒＦエキシマレーザｌ７光により
以下に示すように分解されて原子状酸素○（”Ｐ）を生
戊される。
Ｉａまた ０２の吸収波長帯は２ ４ ０ ｎｍ以下で
あるために ０２もＡｒＦエキシマレーザｌ７光により
以下に示すように分解されて原子状酸素○（”Ｐ）を生
戊される。
ｈ νｌＱ３ｎｍ
↓
○２→２０ （３Ｐ ）
この○（３Ｐ）はＡｒレーザｌ８光（波長５１４ｎｍ）
により以下に示すように○（’Ｄ２）に励起される。
により以下に示すように○（’Ｄ２）に励起される。
ｈ ν６１４ｎｓ
↓
○ （３Ｐ ）→○ （’Ｄ２）
この○（’Ｄ２）は金属Ｔｉと容易に反応して以下に示
ずようにＴｉＯ２生或される。
ずようにＴｉＯ２生或される。
Ｔｉ＋２０ （’Ｄ２） →Ｔ１ ０２このように
して、膜形戊時間１ｈｏｕｒで膜厚２．５μｍのＴｉ○
２薄膜が基板１２表面上のレーザ１７、 １８光が照射
された部分に形或できた この膜の結晶構造をＸ線回折
により調べたところ、第３図に示すごとく基板方位に強
く配向したアナターゼ型のＴｉ○２であった 基板温度
を５５０℃とし 他の条件は同一で膜形或を行なったと
こ水 ルチル型のＴｉＯ２も形戒できｔラな耘 ここで
は越板としてＭｇ○（１ ０ ０）を用いた力＜ Ｓ
ｉ、サファイヤ、ガラス等他の基板を用いても結晶性の
良好なＴ１０２薄膜が形或でき１， また 基板温度
は２００℃以上で結晶性の良好なＴｉ○２薄膜が形或で
き氾 また ここでは光源としてＡｒＦエキシマレーザとＡｒ
レーザを用いた力文 前者は低圧水銀ランブ（波長１８
５ｎｍ）等の光源を用いてもよく、後者ｉ：ＬＨｅ−Ｎ
ｅレーザ（６３３ｎｍ）等の光源をを用いてもよ鶏 また ここではＴｉ○２薄膜形戒用の原料としてＴ ｉ
Ｃ ｌ ４と０２を用いた力交 前者はＴｉ元素を含
む有機金属等他の原料を用いてもよく、後者はＮ２０
やＣ○２等を用いてもよ賎 その場合、用いた原料の吸
収波長に応じた光源を用いればよく、前者の吸収波長と
後者のそれが異なる場合には各々別々の光源を用いれば
よＬ〜 また ここでは酸化物薄膜の一例としてＴｉ○２の形或
に次いて述べた力＜ ＴｉＯやＴｉｎＯ６等他のチタ
ン酸化物やＰｂ○、ＺｎＯ等の酸化糎ＰｂＴｉＯｓや酸
化物超電導等の複合酸６化物も形戒でいることを確認し
ｔも 複合酸化物の場合３種類以上の原料を用いたた
吹 光源も各々の原料の吸収波長に応じた２種類以上の
光源とＯ （’Ｄａ）生或用の光源との併せて３種類以
上の光源を用いた −９− −１０− 発明の効果 以」二のように 原料分解用の光源とは別に原子状酸素
励起用の光源を追加した本発明の酸化物薄膜の製造方法
及び製造装置によって、多種多様の良質な酸化物薄膜が
従来の方法に比べてより低温下の条件において高速かつ
再現性よく製造でき、本発明の工業的価値は極めて高（
１
して、膜形戊時間１ｈｏｕｒで膜厚２．５μｍのＴｉ○
２薄膜が基板１２表面上のレーザ１７、 １８光が照射
された部分に形或できた この膜の結晶構造をＸ線回折
により調べたところ、第３図に示すごとく基板方位に強
く配向したアナターゼ型のＴｉ○２であった 基板温度
を５５０℃とし 他の条件は同一で膜形或を行なったと
こ水 ルチル型のＴｉＯ２も形戒できｔラな耘 ここで
は越板としてＭｇ○（１ ０ ０）を用いた力＜ Ｓ
ｉ、サファイヤ、ガラス等他の基板を用いても結晶性の
良好なＴ１０２薄膜が形或でき１， また 基板温度
は２００℃以上で結晶性の良好なＴｉ○２薄膜が形或で
き氾 また ここでは光源としてＡｒＦエキシマレーザとＡｒ
レーザを用いた力文 前者は低圧水銀ランブ（波長１８
５ｎｍ）等の光源を用いてもよく、後者ｉ：ＬＨｅ−Ｎ
ｅレーザ（６３３ｎｍ）等の光源をを用いてもよ鶏 また ここではＴｉ○２薄膜形戒用の原料としてＴ ｉ
Ｃ ｌ ４と０２を用いた力交 前者はＴｉ元素を含
む有機金属等他の原料を用いてもよく、後者はＮ２０
やＣ○２等を用いてもよ賎 その場合、用いた原料の吸
収波長に応じた光源を用いればよく、前者の吸収波長と
後者のそれが異なる場合には各々別々の光源を用いれば
よＬ〜 また ここでは酸化物薄膜の一例としてＴｉ○２の形或
に次いて述べた力＜ ＴｉＯやＴｉｎＯ６等他のチタ
ン酸化物やＰｂ○、ＺｎＯ等の酸化糎ＰｂＴｉＯｓや酸
化物超電導等の複合酸６化物も形戒でいることを確認し
ｔも 複合酸化物の場合３種類以上の原料を用いたた
吹 光源も各々の原料の吸収波長に応じた２種類以上の
光源とＯ （’Ｄａ）生或用の光源との併せて３種類以
上の光源を用いた −９− −１０− 発明の効果 以」二のように 原料分解用の光源とは別に原子状酸素
励起用の光源を追加した本発明の酸化物薄膜の製造方法
及び製造装置によって、多種多様の良質な酸化物薄膜が
従来の方法に比べてより低温下の条件において高速かつ
再現性よく製造でき、本発明の工業的価値は極めて高（
１
第１図は本発明の酸化物薄膜製造装置の一実施例を説明
する概念ブロック阻 第２図は原子状酸素のエネルギ準
位を表した阻 第３図は本発明の一実施例として製造し
たＴｉ○２薄膜のＸ線回折強度図である。 １０・・・真空Ｆｉ．１１・・・真空ポンプ、 ｌ２・
・・基楓 １３・・・基板ホルダ、 ｌ４・・・ヒー久
１５・・・光導入？ｉ３− １ ６ ａ− ｂ・
・・原料導入ｎ １７・・・ＡｒＦエキシマレーザ光
１８・・・Ａｒレーザ光 １９・・・０２、２０・・
・ＴｉＣｌａ
する概念ブロック阻 第２図は原子状酸素のエネルギ準
位を表した阻 第３図は本発明の一実施例として製造し
たＴｉ○２薄膜のＸ線回折強度図である。 １０・・・真空Ｆｉ．１１・・・真空ポンプ、 ｌ２・
・・基楓 １３・・・基板ホルダ、 ｌ４・・・ヒー久
１５・・・光導入？ｉ３− １ ６ ａ− ｂ・
・・原料導入ｎ １７・・・ＡｒＦエキシマレーザ光
１８・・・Ａｒレーザ光 １９・・・０２、２０・・
・ＴｉＣｌａ
Claims (2)
- （１） 基体表面に酸素元素を含む原料Ａ及び酸化物を
構成する元素を含む原料Ｂを供給しつつ、前記原料Ａ及
び前記原料Ｂを分解するために必要なエネルギを有する
１種類以上の光と、２９７．２〜６３６．４ｎｍ間に波
長を有する光とを前記基体表面または前記基体表面上部
の前記原料Ａ、Ｂもしくは前記原料Ａ、Ｂの分解生成物
に照射することを特徴とする酸化物薄膜製造方法。 - （２） 真空槽及び少なくとも前記真空槽を排気する排
気機構を有し、さらに酸素元素を含む原料Ａ及び酸化物
を構成する元素を含む原料Ｂを前記真空槽内に導入する
原料導入機構、前記原料Ａ、Ｂを分解させるための１種
類以上の光源ａ、２９７．２〜６３６．４ｎｍ間に波長
を有する光源ｂ、前記光源ａ、ｂから発せられた光を前
記真空槽に導入する光導入機構、膜を堆積させる基体の
基体加熱機構を有することを特徴とする酸化物薄膜製造
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1232530A JPH0394065A (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 酸化物薄膜製造方法及び酸化物薄膜製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1232530A JPH0394065A (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 酸化物薄膜製造方法及び酸化物薄膜製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0394065A true JPH0394065A (ja) | 1991-04-18 |
Family
ID=16940783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1232530A Pending JPH0394065A (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 酸化物薄膜製造方法及び酸化物薄膜製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0394065A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011044577A (ja) * | 2009-08-21 | 2011-03-03 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 半導体装置の製造方法 |
-
1989
- 1989-09-07 JP JP1232530A patent/JPH0394065A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011044577A (ja) * | 2009-08-21 | 2011-03-03 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 半導体装置の製造方法 |
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